氨基磺酸
氨基磺酸 5329-14-6
氨基磺酸，是一種硫酸的羥基被氨基取代而形成的無機固體酸，化學(xué)式為NH2SO3H，分子量為97.09，一般為白色、無臭的斜方形片狀晶體，相對密度2.126，熔點205℃，溶于水、 液氨，在常溫下，只要保持干燥不與水接觸，固體的氨基磺酸不吸濕，比較穩(wěn)定。 氨基磺酸的水溶液具有與鹽酸、硫酸等同等的強酸性，故別名又叫固體硫酸，它具有不揮發(fā)、無臭味和對人體毒性小的特點。 粉塵或溶液對眼及皮膚有刺激性，能造成灼傷，最高容許濃度10mg/m3。氨基磺酸可用于合成除草劑、防火劑、甜味劑、防腐劑、金屬清洗劑等，是一種常見的化工原料。
中文名氨基磺酸
應(yīng) 用工業(yè)原料，固體強酸
氨基磺酸研究歷史
1836年，Rose用亞氨基磺酸鉛和硫化氫反應(yīng)首先制得氨基磺酸。
1878年，Berglund制得了較純的氨基磺酸。
20世紀(jì)30年代后期人們才開始重視工業(yè)化的試驗研究。由于氨基磺酸的應(yīng)用范圍的日益擴大，至50年代，其工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)得到了進一步開發(fā)，美國在60年代末70年代初首先實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，規(guī)模為千噸級。中國在70年代開始試驗研究，主要采用尿素、發(fā)煙硫酸為原料生產(chǎn)氨基磺酸。
氨基磺酸理化性質(zhì)
氨基磺酸物理性質(zhì)
水溶性：146.8 g/L (20°C)
外觀：白色斜方晶體或白色結(jié)晶。無味無臭，不揮發(fā)，不吸濕。
密度：2.126 g/cm3 [5]
熔點：205℃（209℃開始分解，260℃分解放出SO2、SO3、N2和水及其它微量產(chǎn)物）
折射率：α型1.553，β型1.563，γ型1.568
離解常數(shù)：1.10×10-2
生成熱：685.9kJ/mol
溶解性：易溶于水和液氨，水溶液是高電離物，強酸。微溶于甲醇，不溶于乙醇和乙醚。
氨基磺酸是偶極體，紅外光譜顯示3個H的化學(xué)環(huán)境完全相同，3個O的化學(xué)環(huán)境也完全相同，所以其結(jié)構(gòu)簡式不是H2NSO2OH，而是H3NSO3，即發(fā)生了分子內(nèi)的酸堿反應(yīng)。
自由氨基磺酸的結(jié)構(gòu)最好表示為H3N+-SO3-、其中3個氧原子和1個氮原子分別占據(jù)著以硫原子為核心的四面體的4個頂點。X射線結(jié)構(gòu)分析表明，氨基磺酸的晶體屬正交晶系，每個晶胞含有8個氨基磺酸。晶胞參數(shù)：a=806.6±0.1pm；b=811.5±0.1pm；c=925.5±0.3pm，空間群為Pbca。
氨基磺酸化學(xué)性質(zhì)
氨基磺酸可以制成極純的常溫時穩(wěn)定的結(jié)晶體，其水溶液具有與鹽酸、硫酸同等的強酸性，別名固體硫酸。氨基磺酸是具有氨基和磺酸基的雙官能團物質(zhì)，能進行與之有關(guān)的許多化學(xué)反應(yīng)。
1、分解反應(yīng)：在常溫干燥的環(huán)境中，氨基磺酸比較穩(wěn)定，只要保持不與水接觸，固體的不吸濕。在高溫時分解，放出氮、硫的氧化物等氣體。 [6]
2HSO3NH2 = SO2 + SO3 + N2 + 2H2 + H2O
2、與金屬反應(yīng)：氨基磺酸能與金屬反應(yīng)，生成鹽和氫氣，但與較活潑金屬反應(yīng)，氨基的一個氫可被取代，生成雙金屬鹽。 [1]
2HSO3NH2 + Zn = Zn(SO3NH2)2 + H2
HSO3NH2 + 2Na = NaSO3NHNa + H2
大部分氨基磺酸鹽都能溶于水。在室溫下，氨基磺酸的鋁鹽、鈉鹽、鎂鹽、鈣鹽、鋇鹽、鋅鹽、鉛鹽、銅鹽等，都有較大的溶解度。 [24]
3、與金屬氧化物、氫氧化物和鹽反應(yīng)： [7]
2HSO3NH2 + FeO = Fe(SO3NH2)2 + H2O
4、與亞硝酸鹽和硝酸鹽反應(yīng)：氨基磺酸能被亞硝酸鹽和硝酸鹽迅速氧化。 [8]
HNO3 + HSO3NH2 = H2SO4 + N2O + H2O2
HNO2 + HSO3NH2 = H2SO4 + N2 + H2O
5、與氧化劑反應(yīng)：氨基磺酸能被次氯酸氧化，但不能被鉻酸、高錳酸鉀和三氯化鐵氧化。 [9]
KClO3 + 2HSO3NH2 = 2H2SO4 + KCl + N2 + H2O
2HOCl + HSO3NH2 = HSO3NCl2 + 2H2O
6、與醇和酚反應(yīng)： [10]
HSO3NH2 + ROH → ROSO2ONH4
HSO3NH2 + C6H5OH → C6H5OSO2ONH4
7、與胺和酰胺反應(yīng)： [10]
HSO3NH2 + RNH2 → RNH3SO3NH2
HSO3NH2 + C6H5CONH2 → C6H5CONHSO3NH4
8、生成絡(luò)合物：氨基磺酸與硫酸鈉反應(yīng)，生成氨基磺酸絡(luò)合物。 [10]
6HSO3NH2 + 5Na2SO4 = 6HSO3NH2 + 5Na2SO4 + 15H2O
9、水解反應(yīng)：氨基磺酸水溶液加熱至60度以上時，將水解成硫酸氫銨。 [11]
HSO3NH2 + H2O = NH4HSO4
10、在有機合成上，氨基磺酸常作為固體酸，催化或者參與各類有機反應(yīng)，如苯酚與β-酮酯的Pechmann縮合反應(yīng) [12]、肟的Beckmann重排反應(yīng) 、分子內(nèi)或者分子間的Diels-Alder反應(yīng)等。
氨基磺酸制備方法
1.氨基磺酸的生產(chǎn)方法很多，有二氧化硫與羥胺或丙酮肟為原料的羥胺法，亞硫酸或硫酸鹽與液氨為原料的氨化法，尿素與氯磺酸為原料的氯磺化法，以發(fā)煙硫酸和尿素為原料的發(fā)煙硫酸法，尿素、三氧化硫和硫酸為原料的硫酸法和發(fā)煙硫酸法（又稱液相法）和液氨經(jīng)氣化與三氧化硫在氣相條件下反應(yīng)的氣相法等。國內(nèi)外具有工業(yè)意義的工藝為發(fā)煙硫酸法以及三氧化硫與氨直接合成的氨化法兩種。由尿素與發(fā)煙硫酸在40-70℃下進行磺化生成氨基磺酸粗品，然后加水進行結(jié)晶制得氨基磺酸成品。原料消耗定額：尿素2000kg/t、發(fā)煙硫酸1500kg/t。 [25]
2.其合成方法主要有氣相法和液相法兩種。氣相法操作條件苛刻，設(shè)備材質(zhì)要求高。副產(chǎn)品多，且氨基酸易粘附在反應(yīng)器內(nèi)壁需經(jīng)常清理。生產(chǎn)成本高。優(yōu)點是產(chǎn)品純度高。廠家采用的多為液相法。氨基磺酸應(yīng)用領(lǐng)域
氨基磺酸清洗劑
氨基磺酸清洗劑使用范圍很廣，可用于清洗鍋爐、冷凝器、換熱器、夾套及化工管道。在啤酒廠用它清除玻璃襯里貯罐、鍋、開口啤酒冷卻器，啤酒桶上的垢層；清洗搪瓷廠的蒸發(fā)器，以及造紙廠的設(shè)備等；在空調(diào)方面可除去冷卻系統(tǒng)、蒸發(fā)冷凝器的鐵銹、水垢；海輪用它可清除海水蒸發(fā)器（蒸餾設(shè)備）、換熱器和鹽水加熱器內(nèi)的海藻、水垢；可以清洗銅壺、散熱器、餐具洗滌機理、銀器、抽水馬桶、瓷磚、食品和奶酷加工設(shè)備的水垢；可以清除沉積在蒸煮器上的蛋白質(zhì)以及鮮肉、蔬菜、奶酪加工廠中使用的消毒呂上的沉積物。美國農(nóng)業(yè)部準(zhǔn)許將氨基磺酸用在鮮肉、家禽、兔、蛋加工企業(yè)上作酸性清洗劑。
氨基磺酸紡織工業(yè)
氨基磺酸可作染料工業(yè)中重氮化反應(yīng)過剩的亞硝酸鹽的消除劑、紡織品染色的定色劑，在紡織物上形成防火層，還可用來制紡織工業(yè)的凈紗劑及其他助劑。
氨基磺酸造紙業(yè)
氨基磺酸可以用作漂白助劑，可減少或消除漂液中重金屬離子的催化作用，從而使漂液質(zhì)量得到保證，并能減少金屬離子對纖維的氧化降解作用，亦能阻止纖維的剝皮反應(yīng)，提高紙漿強度、白度。 [15]
氨基磺酸石油工業(yè)
氨基磺酸可用于解除油層的堵塞和提高油層的滲透率。將氨基磺酸溶液注入碳酸鹽巖產(chǎn)油層，因為氨基磺酸容易和油層巖石起反應(yīng)，能避免反應(yīng)生成鹽的沉積，處理費用比用鹽酸略高些，但石油產(chǎn)量倍增。美國用羥基乙酸鉀48.5%，氨基磺酸3.4%。潤濕劑0.1-3%的水溶液清洗油井套管中的石膏垢層，處理時間約30小時。
氨基磺酸農(nóng)業(yè)
氨基磺酸和氨基磺酸銨最初是作為除草劑開發(fā)的。據(jù)稱，將它們直接施用于植物上時，有接觸毒劑的作用；而當(dāng)施于土壤后，即有一種殺雄作用。
1978年在我國廣東省進行的氨基磺酸 對水稻的殺雄效果試驗中，藥效比其他鹽類為好，以0.05%～0.5%濃度噴灑，殺雄率達95%～100%，但藥效不夠穩(wěn)定，有藥害。氨基磺酸的除草濃度，通常為75 g/L有效成分。
氨基磺酸電鍍液
鍍金或合金時普遍采用氨基磺酸，鍍金、銀、金-銀合金的電鍍液是每立升水中含氨基磺酸60～170 g。鍍銀女服飾針的典型電鍍液是每立升水中含氨基磺酸125 g，可獲得表面非常光亮的鍍銀。在新的含水鍍金電鍍液中堿金屬氨基磺酸鹽、氨基磺酸銨或氨基磺酸可作為導(dǎo)電、緩沖作用的化合物使用。
從鍍鎳廢液中回收時是用陽離子交換樹脂吸附處理而后用氨基磺酸清洗樹脂，使被吸附的解吸出來，樹脂獲得再生。例如處理400 ppmNi的電鍍廢液，用150 g/L的氨基磺酸50 ml，回收的(NH2SO3)2112 g/L，NiSO4148 g/L。在鍍鎳部件修復(fù)時需要鎳上鍍鎳，在其陽極處理時可用100 g/L的氨基磺酸處理。在鍍鎳前的鍍鎳表面要用0.003～0.1克分子的氨基磺酸溶液清洗。
鍍銅液的氨基磺酸含量為3～20 L，氨基磺酸的作用是使鍍層細(xì)密而富有延展性，其粘度力高。
鍍銥時NH2SO3H/Ir≥7，獲得的銥鍍層無裂紋，銥層厚15微米，粘接力大，該產(chǎn)品有自動抗污染設(shè)備中顯示出良好的活性。
在銀器、電器元件上鍍銠-錸合金時，電渡液中含氨基磺酸為100 g/L，當(dāng)鍍層厚為≤5微米時就有很高硬度和很強的耐腐蝕性，而且電鍍層非常光亮，美觀。
在黃銅上光潔美觀的銠-釕電鍍層硬度高，耐腐蝕，電鍍液含氨基磺酸100g/L，濃硫酸50g/L，銠（如硫酸鹽）2g/L，釕〔如K3N(RuCl4H2O2)2〕0.05g/L，在65℃和1～2安/分米2的條件，沉積速度3～4毫g/安分。
意大利已使用氨基磺酸鉛浴代替氟硅酸浴，可減少污染。在防蝕鋁工業(yè)上有多種用途。產(chǎn)品光澤好，加工性能優(yōu)良。
化學(xué)合成分析
在有機合成上氨基磺酸是價廉易得和穩(wěn)定性好的固體酸，對有酸的酯化反應(yīng)具有很好的催化效果，且不腐蝕設(shè)備。同時，它也是制造合成甜味劑、除草劑、防火焰劑、防腐劑等的原料。純度為99.9%以上的產(chǎn)品在進行堿滴定時，還可作為酸的標(biāo)準(zhǔn)溶液使用。
氨基磺酸計算化學(xué)數(shù)據(jù)
疏水參數(shù)計算參考值（XlogP）：-1.6
氫鍵供體數(shù)量：2 [22]
氫鍵受體數(shù)量：4 [22]
可旋轉(zhuǎn)化學(xué)鍵數(shù)量：0 [22]
互變異構(gòu)體數(shù)量：0
拓?fù)浞肿訕O性表面積88.8 [22]
重原子數(shù)量：5 [22]
表面電荷：0 [22]
復(fù)雜度：92.6 [22]
同位素原子數(shù)量：0 [22]
確定原子立構(gòu)中心數(shù)量：0 [22]
不確定原子立構(gòu)中心數(shù)量：0 [22]
確定化學(xué)鍵立構(gòu)中心數(shù)量：0 [22]
不確定化學(xué)鍵立構(gòu)中心數(shù)量：0 [22]
共價鍵單元數(shù)量：1 [20]
氨基磺酸分子結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)
摩爾折射率：16.01
摩爾體積（cm3/mol）：50.7
等張比容（90.2K）：161.1
表面張力（dyne/cm）：101.5
極化率（10-24cm3）：6.34
氨基磺酸危險性概述
毒性防護：該品低毒。對皮膚和眼睛有一定的刺激作用。生產(chǎn)設(shè)備應(yīng)密閉，操作人員應(yīng)穿戴好防護用具。
安全：粉塵或溶液對眼及皮膚有刺激性，能造成灼傷。最高容許濃度10 mg/m3。 眼受刺激時須用水沖洗，重者應(yīng)就醫(yī)診治。皮膚接觸時也應(yīng)用水沖洗，再用肥皂徹底洗滌。入口時，應(yīng)立即漱口，速送醫(yī)院診治。用內(nèi)襯聚乙烯塑料袋的木箱包裝，每箱凈重25 kg。貯存在陰涼、通風(fēng)、干燥處。包裝應(yīng)密封，注意防潮。運輸過程中要防雨淋和日光曝曬。對逸出物料處置時須戴好防毒面具與手套，用砂土混合掃起或用水沖洗。失火時，可用水、砂土和滅火器撲救。
氨基磺酸毒理資料
1、急性毒性：LD50：3160mg/kg（大鼠經(jīng)口）；1312mg/kg（小鼠經(jīng)口）。
2、亞急性毒性：大鼠直接口服105天， 結(jié)果是在食物中氨基磺酸的濃度為2%時，會刺激生長，但濃度為1%時沒有明顯毒性作用。
3、刺激性
家兔經(jīng)皮：500 mg（24 h），重度刺激。
家兔經(jīng)眼：250 μg（24 h），重度刺激。
用老鼠和狗進行試驗，當(dāng)吞下濃度為10%的溶液時，可使胃受到損傷，當(dāng)濃變達20%以上時，會損傷粘膜，并且由于其強酸度而刺激胃。 [23]
4、生態(tài)毒性 LC50：70 mg/L（96 h）（黑頭呆魚）
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